海南三亚北部的山区,一群科研人员正在翻整过的果园土坡上仔细搜寻。中山大学肖智勇教授带领团队,在这片看似普通的土地上,发现了数块黝黑发亮、形状不规则的石头。这些不起眼的石头,实则是约79万年前一次剧烈天体撞击的产物,它们的发现为地球与行星科学界一个长期未解的谜团提供了新线索。
这些黑色石头俗称“雷公墨”,在唐朝古籍中已有记载,当时被称为“霹雳石”。其名称可能源于南方雷雨频繁,石头常在下雨天被冲刷出来,古人便认为这是天上雷公画符遗留的墨块。学界曾误以为雷公墨是地外天体坠落到地球的陨石,但实际上,它是地球岩石在地外天体超高速度撞击下瞬间熔融并抛向空中,在极短时间内快速冷却形成的玻璃物质。学术界通常将其称为远撞击溅射玻璃,简称撞击玻璃。
判断一块石头是否为撞击玻璃,不能仅看其黝黑的外表,而需依据三个关键物理和化学特征:首先,撞击玻璃几乎完全由天然玻璃构成,内部原子排列杂乱无章,没有矿物的规律晶体结构;其次,其结构水含量极低,一般远低于0.04%,而火山玻璃的结构水含量通常高于1%;最后,撞击玻璃中铁元素以二价铁为主,三价铁占比极低,这与火山玻璃中三价铁占比较高形成鲜明对比。
目前全球公认的撞击玻璃分布区有五个,其中澳大利亚–亚洲远撞击溅射玻璃散布区(澳亚散布区)面积最为广泛。该区域北至日本海、南达南极洲、西抵非洲东海岸、东至爪哇岛,覆盖超过15%的地球表面积。研究表明,澳亚散布区是在约78.8万年前一次小行星或彗星撞击地球事件中形成的。撞击体直径可能接近1000米,产生的撞击坑直径超过34千米,区域内撞击玻璃总重量远超一亿吨。此次撞击事件产生的撞击玻璃在我国分布于华南大部分地区,包括海南全境、广东几乎全境以及云南和广西的大部分区域。
如此剧烈的撞击必然会留下巨大的撞击坑,然而长期以来,科学家们一直未能找到其确切位置。从撞击玻璃的分布特征来看,澳亚撞击玻璃整体呈“T”字形扇形区域,这与月球、火星等类地天体上倾斜撞击溅射物分布区高度相似,具有溅射物沿入射轴两边对称分布、入射方向后方溅射物极少的特点。由此学界推断,78.8万年前的撞击事件中,地外来物是从西北向东南方向倾斜砸中地球的,撞击坑应位于澳亚散布区“T”字形两横交汇处的中南半岛及临近海域。
上世纪初,科学家在老挝芒农村附近发现了一种特殊的层状撞击玻璃,它与其他类型撞击玻璃存在诸多不同。外观上,常呈不规则板状或块状,未经历长距离飞行和空气动力过程的强烈改造,未形成流线型;内部具有明显的层状或条带状结构,肉眼可见类似玛瑙或树木年轮的流纹;质量多为数百克或数千克,最大可达24千克;结构水含量接近0.02% - 0.04%,二价铁含量相对较低、三价铁含量相对较高,内部残余矿物含量也比其他类型撞击玻璃多。这些特点表明,层状撞击玻璃距离撞击坑较近、抛射距离短,哪里有大量层状撞击玻璃,哪里就离撞击坑更近。随后的地质调查发现,层状撞击玻璃主要分布在越南中部、老挝南部和泰国东北部的一片区域,且该区域内不存在其他种类撞击玻璃,学界将此区域称为“仅含层状玻璃区”(LOZ),并认为撞击坑位于该区域内部或周边,但半个多世纪以来一直未找到撞击坑踪迹。
面对这一难题,肖智勇团队提出了新的思路。他们认为,按照天体撞击的物理规律,倾斜撞击形成的同类溅射物应整体服从轴对称分布规律,LOZ似乎不应只有中南半岛一片区域。于是,团队将目光投向国内的华南地区。2016 - 2025年间,团队参考前人文献资料,对华南地区的澳亚撞击玻璃开展连续野外考察和样品分析,联合合作伙伴在广东、广西、海南、云南四省的早–中更新世地层中采集了超过760枚澳亚撞击玻璃,其中包含大量层状撞击玻璃。
通过精确测量样品的主量元素和水含量,团队取得突破性发现:在海南省西南部约6300平方公里的区域内,仅存在层状撞击玻璃,而该区域以北层状玻璃数量锐减,主要以飞溅型撞击玻璃为主,北部湾海域以北的陆地上未发现层状撞击玻璃。借鉴中南半岛的分布规律,研究团队确定海南西南部是澳亚散布区内一块全新的、一直被隐藏的LOZ区域。
基于倾斜撞击溅射物的对称分布模式,研究团队大胆推测,澳亚散布区的撞击坑很可能位于中南半岛与海南西南部的对称轴附近区域,即我国南海西北部的莺歌海–宋红盆地。该区域如今被数十米深的海水覆盖,内部堆积了数千米厚的沉积物,即使曾经存在巨大撞击坑,也早已被深埋在海底泥沙之下。
要确定澳亚散布区的撞击母坑是否位于莺歌海海水之下,需在海底疑似撞击坑位置钻取基岩,寻找冲击变质的物质证据,并采集撞击坑内的熔融物质进行同位素定年。若定年结果与撞击事件时间吻合,则可进一步推断撞击母坑隐藏在莺歌海盆地之下。
寻找这处远古撞击坑意义重大。79万年前的撞击事件中,撞击体以极高宇宙速度砸向地表,瞬间释放出相当于数百万颗原子弹爆炸的能量,对周边地区造成毁灭性破坏,可能引发区域地壳运动、森林大火、洪灾等严重灾害。考古发现约79万年前东亚古人类人口锐减,很可能与该撞击事件有关。锁定撞击坑准确位置,能为古人类演化研究提供关键环境背景支撑,有助于评估地外天体撞击的灾害效应,为防范类似危机提供历史参考。地球上直径大于4km的撞击坑均形成了重要自然资源储库,如石油、金属矿床、淡水等,莺歌海是我国重要海油产地,若撞击坑位于此,撞击导致的地质构造变化将为探明油气资源孕育和存储条件提供新思路。而且,天体撞击是太阳系形成和演化进程中重要的地质过程,在月球与深空探测任务中,撞击过程和产物研究是重要内容,探明此次撞击坑位置及其地质响应,将为比较行星学研究提供难得样本。





